新疆葡萄酒主产区非酿酒酵母菌的筛选及其发酵特性分析

陈文瑄,郑天聪,阿曼妮萨·马木提,加娜尔·木合达尔江,古丽齐曼罕·艾散尼亚孜,马文瑞*

(新疆农业大学食品科学与药学学院,新疆 乌鲁木齐 830052)

摘 要:以新疆葡萄酒4大主产区赤霞珠葡萄的果实、土壤和叶片为原料进行酵母菌分离、纯化及筛选,对分离菌株进行形态学观察、发酵特性分析及分子生物学鉴定,分别采用2,3,5-三苯基氯化四氮唑产醇鉴别培养基、溴甲酚紫产酯鉴别培养基、溴甲酚绿产酸鉴别培养基对菌株进行接种培养,依据显色反应定性分析菌株产乙醇、产酯及产酸能力。结果表明,共鉴定出32株具有典型酵母细胞特征的菌株,经分子生物学鉴定为微黄汉纳酵母、大线黑粉酵母、乌兹别克斯坦长西氏酵母、马克斯克鲁维酵母、库德里阿兹威氏毕赤酵母、阿德利长西氏酵母、卡恩斯维希尼克氏酵母、维多利亚维希尼克氏酵母、克拉托奇维洛娃红酵母、南极长西氏酵母和热带假丝酵母,共11个属,均为非酿酒酵母。发酵特性分析显示,所有菌株均具有利用不同碳源的起酵能力。培养基显色结果显示,30株酵母菌具有一定产乙醇能力,10株具有一定产酯能力,4株具有一定产酸能力。本研究获得的32株非酿酒酵母具有一定发酵潜力,可为后续深度挖掘功能性菌株提供优良酵母菌种质资源。

关键词:新疆葡萄酒主产区;赤霞珠葡萄;非酿酒酵母;发酵特性分析

赤霞珠作为全球种植面积最广的酿酒葡萄品种,果粒小而紧凑,果皮厚实呈黑紫色,富含花色苷与单宁,能够耐干旱与强光照,凭借其优异的适应性在我国迅速成为主导性红葡萄品种,点全国红色酿酒葡萄栽培面积的60%左右。截至2018年,赤霞珠成为我国种植面积最大的酿酒葡萄,达到60 000 hm2,其中新疆种植面积约达25 333.33 hm2,点比高达40%[1]。新疆葡萄酒产区微生态资源丰富,尤其根际土壤中丛枝菌根真菌多样性突出。丛枝菌根真菌可增强赤霞珠对贫瘠土壤,尤其是低磷环境土壤的适应性,通过共生关系提升水分及养分吸收效率,对维持干旱区葡萄植株抗逆性及可持续发展具有关键作用[2-3]。赤霞珠在新疆的大规模栽培既得益于品种自身的高适应性,又离不开产区独特风土与微生物资源的协同作用。因此,挖掘本土微生物潜力、优化栽培技术,对强化新疆赤霞珠葡萄酒的地域特色与品质具有重要的现实意义。

目前,我国葡萄酒生产多采用商业酿酒酵母进行酿造,酿酒酵母经长期酿造驯化和环境适应性,形成了稳定的嗜糖、耐乙醇和耐SO2等的遗传耐受特性[4-5]。该菌种虽便于发酵工艺管控和成品品质稳定,但易造成葡萄酒风味同质化、香气复杂度低及口感单薄等问题。为改善上述问题,酿酒酵母与非酿酒酵母混菌发酵成为葡萄酒酿造领域的研究热点。研究表明,葡萄汁有孢汉逊酵母、季也蒙迈耶氏酵母、马克斯克鲁维酵母、异常威克汉姆酵母、美极梅奇酵母等非酿酒酵母具有较高的聚半乳糖醛酸酶、D-木糖苷酶和β-葡萄糖苷酶活性,能够促进香气物质代谢与合成,并加速其释放至酒液中,能够在一定程度上提高葡萄酒品质[6]。Gao Pingping等[7]利用季也蒙迈耶氏酵母NM218、葡萄汁有孢汉逊酵母BF345分别与酿酒酵母进行顺序发酵葡萄酒,与单一酿酒酵母发酵相比,2株非酿酒酵母NM218和BF345均能通过增加酯类和萜烯含量提高葡萄酒的香气复杂性。侯安祺等[8]从新疆阿拉尔市绿园镇红枣果园土壤中筛选出4株产香酵母菌,其中菌株F4为库德里阿兹威氏毕赤酵母,不仅具有良好的产香能力,还具有较好的耐受性和起酵能力。陆洋洋等[9]从山东蓬莱产区4种酿酒葡萄自然发酵过程中筛选酵母菌,共有菌种为酿酒酵母、葡萄汁有孢汉逊酵母、葡萄园有孢汉逊酵母和泽普林假丝酵母;霞多丽、小味儿多和马瑟兰葡萄共有菌株为克鲁维毕赤酵母;霞多丽和小味儿多葡萄共有菌株为季也蒙有孢汉逊酵母,其不同品种葡萄酒的香气复杂度和差异性不仅源于葡萄品种本身的固有特征,更取决于酵母多样性及其典型代谢特征。由此看出,非酿酒酵母菌株的优良发酵性能具有多样性,可产生多维度的有益效果,对葡萄酒品质提升及产业发展具有重要意义。因此,挖掘不同风土条件下的非酿酒酵母组成和优良种质资源的产业需求较大。

本研究将从新疆4大产区(伊犁河谷、天山北麓、吐哈盆地、焉耆盆地)的赤霞珠种植园采集果实、土壤和叶片,并分离筛选具有优良发酵性能的非酿酒酵母菌,以期为后续深入研究新疆产区本土优良非酿酒酵母提供微生物种质资源。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

赤霞珠葡萄、土壤、叶片分别采集于新疆4大葡萄酒产区(伊犁河谷、天山北麓、吐哈盆地、焉耆盆地);葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖、甘露醇(均为分析纯) 北京博奥拓达科技有限公司;吕氏碱性美蓝染色液 青岛高科技工业园海博生物技术有限公司;酵母浸出粉胨葡萄糖(yeast extract peptone dextrose,YPD)培养基 北京奥博星生物技术有限责任公司;酵母基因组DNA提取盒 天根生化科技(北京)有限公司。

1.2 仪器与设备

PTX-FA210电子天平 福州华志科学仪器有限公司;DHP-e082电热恒温培养箱、HZQ-X300C恒温振荡器上海一恒科学仪器有限公司;LDZX-50KBS立式高压灭菌锅 上海申安医疗器械厂;ECLIPSEE-200MVR光学显微镜 日本尼康公司;Ⅱ级A2型生物安全柜 赛默飞世尔科技(中国)有限公司;CF1524R高速冷冻型微量离心机 拓赫机电科技(上海)有限公司。

1.3 方法

1.3.1 样品采集

土壤采样:清除葡萄园表面的枯枝和其他杂物,用消毒过的铲子垂直切开土壤,在20 cm深处取样,采集后过2 mm筛去砾石,每个取样点取样约0.5 kg,保存于灭菌密封袋,置于冰袋并迅速带回实验室,-80 ℃下保存备用[10]

葡萄树叶片和葡萄果实采样:从葡萄树的上部、中部和下部采样,用剪刀剪下葡萄树叶片和葡萄果实,然后将样品放入装有液氮的无菌采样盒中,送往实验室,-20 ℃下保存[10]

样品编号见表1。

表1 样品来源及编号
Table1 Source and number of samples

产区样品来源样品编号采集时间葡萄果实(成熟期)YC-P2024年9月伊犁河谷叶片YC-Y2024年9月土壤YC-T2024年9月葡萄果实(成熟期)MC-P2024年9月天山北麓叶片MC-Y2024年9月土壤MC-T2024年9月葡萄果实(成熟期)TC-P2024年9月吐哈盆地叶片TC-Y2024年9月土壤TC-T2024年9月葡萄果实(成熟期)QC-P2024年9月焉耆盆地叶片QC-Y2024年9月土壤QC-T2024年9月

1.3.2 酵母菌的分离、纯化与鉴定

取新鲜葡萄(去除果梗)20颗、土壤10 g、叶片3片,分别放入YPD液体培养基和无菌生理盐水中,28 ℃动态培养12 h进行富集培养。采用梯度稀释法进行YPD固体培养基涂布培养,每个梯度设置3个平行[11]

1.3.3 酵母菌的形态学鉴定

1.3.3.1 菌落形态

将酵母菌株接种于YPD固体培养基,28 ℃恒温培养24 h,选取单菌落对其颜色、大小、形状、光滑程度、润湿性、透明状态及边缘规整性进行观察。

1.3.3.2 细胞形态

首先将酵母菌接种至YPD液体培养基中,28 ℃、150 r/min振荡培养24~48 h。取菌液涂布于载玻片,自然干燥后固定,酒精灯火焰快速过2~3次,在载玻片上滴加1滴吕氏碱性美蓝染色液,在染色处使用无菌水冲洗30 s,盖上盖玻片,滴加香柏油后于100倍显微镜下观察。

1.3.4 碳源发酵实验

对经初步筛选过的酵母菌株进行碳源发酵实验,28 ℃恒温培养7 d,每12 h观察杜氏小管内气体产生情况,观察酵母生长情况,培养液浑浊为阳性,记作“+”;培养液澄清为阴性,记作“-”。

1.3.5 分子生物学鉴定

将待测菌液12 000 r/min离心1 min,收集菌泥,弃上清液,加入无菌水,混匀,12 000 r/min离心1 min,弃上清液,重复此步骤3次,得到菌体沉淀,按照试剂盒说明书提取酵母菌DNA,-20 ℃保存备用[12]。基于26S rRNA区域基因序列,采用聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)基于引物NL1(5′-GCATATCAATAAGCGGAAAAG-3′)和NL4(5′-GGTCCGTGTTTCAAGACGG-3′)进行扩增。PCR反应体系:dNTP 2 μL、10×Buffer 2.5 μL、NL1和NL4各1 μL、模板DNA 1 μL、Taq酶0.2 μL、ddH2O 17.3 μL,充分混匀,共25 μL。PCR反应条件:95 ℃预变性5 min;95 ℃变性1 min,50 ℃退火45 s,72 ℃延伸40 s,35个循环;72 ℃延伸5 min。最后将得到的PCR产物进行核酸电泳检测,采用DL2000 DNA Marker,以2%琼脂糖凝胶在110 V恒压条件下对PCR产物电泳30 min,用凝胶成像仪观察电泳结果。将具有正确序列条带的PCR产物送至生工生物工程(上海)股份有限公司进行测序。

将得到的测序结果提交NCBI数据库开展BLAST同源比对,选取相似度最高的标准菌株,初步判定菌种分类地位。下载近缘模式菌株参考序列,联合待测菌株序列,采用MEGA 7.0软件以邻接法构建系统发育树。

1.3.6 酵母菌发酵特性测定

1.3.6.1 产乙醇能力

酵母活细胞内的脱氢酶可将无色2,3,5-三苯基氯化四氮唑(2,3,5-triphenyltetrazolium chloride,TTC)还原为红色三苯基甲臜,该显色过程反映细胞呼吸酶活性和线粒体功能,而高产乙醇酵母通常具有强呼吸活性,基于此,通过观察菌落是否呈现红色判断酵母菌产乙醇能力:颜色变红,说明其具有产乙醇能力[13]。将活化后的菌株接种于YPD下层培养基上,28 ℃静置培养48 h后,倒入含1.5 g/100 mL琼脂、0.5 g/100 mL葡萄糖、0.05 g/100 mL TTC上层培养基,28 ℃静置培养并进行避光,每间隔2 h观察颜色变化,每个菌株重复3次。

1.3.6.2 产酯能力

酵母活细胞可水解三丁酸甘油酯这类酯类底物,生成脂肪酸和醇;水解过程中释放的脂肪酸使体系pH值下降,指示剂溴甲酚紫由紫色变为黄色,表明菌株具有酯酶活性[14]。将活化后的菌株接种于含1.5 mL/100 mL三丁酸甘油酯、0.004 g/100 mL溴甲酚紫的YPD固体培养基上,28 ℃静置培养48 h后,观察颜色变化,每个菌株重复3次。

1.3.6.3 产酸能力

溴甲酚绿是一种酸碱指示剂,当酵母活细胞产酸时,培养基pH值降低,其颜色从蓝绿变为黄色,从而直观指示微生物的产酸能力[15]。称取0.01 g溴甲酚绿,加入100 mL YPD固体培养基中,作为产酸培养基,将活化后的菌株接种于产酸培养基中,28 ℃静置培养48 h,观察颜色变化,每个菌株重复3次。

1.4 数据统计

使用Origin 2024和SPSS 26.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 菌株分离纯化

通过分离纯化,初步确定酵母菌株共32株。由表2可知,从天山北麓葡萄果实、土壤中分别分离出4、2株酵母菌;从焉耆盆地土壤、葡萄果实、叶片中分别分离出8、5、1株酵母菌;从伊犁河谷土壤、葡萄果实中分别分离出5、1株酵母菌;从吐哈盆地土壤、叶片、葡萄果实中分别分离出3、2、1株酵母菌。由此可见,土壤样品中分离出的酵母菌数量明显多于葡萄果实和叶片。这可能是由于土壤中的有机物含量较高,能够为酵母菌提供充足的养分来源,具备良好的排水性,高水分条件更适宜酵母菌生存和生长[16]。由于产区气候差异,焉耆盆地分离的酵母菌数量多于天山北麓、伊犁河谷、吐哈盆地。

表2 葡萄果实、土壤、叶片分离纯化酵母菌分布
Table2 Distribution of yeasts isolated and purified from grape fruits, soil, and leaves

产区样品酵母菌数量/株天山北麓葡萄果实4土壤2葡萄果实5焉耆盆地土壤8叶片1伊犁河谷葡萄果实1土壤5葡萄果实1吐哈盆地土壤3叶片2

2.2 菌株鉴定

酵母菌菌落多数呈乳白色,菌株QC-T18菌落呈红粉色。酵母菌菌落表面大多光滑、湿润、黏稠,易被挑取;少部分边缘不整齐,难以挑取。酵母菌菌体形态呈卵圆型、球状、椭圆型、细条状、柱状、米粒状、香肠状等。通过菌落特征观察和染色镜检,初步确定32株具有典型酵母细胞特征。部分酵母菌形态学结果见图1。

图1 部分酵母菌株菌落外观与菌株形态
Fig.1 Colony morphology and cell morphology of partial yeast strains

2.3 菌株碳源发酵能力

杜氏小管中气体(主要为CO2)的产生是酵母发酵能力的直接体现。培养48 h后,若气体充满小管,表明菌株具有强发酵速率、高起酵能力及良好耐受性。由表3可知,菌株QC-P1、QC-T1、QC-T12、QC-T17、QC-T18、TC-Y2、YC-T12可利用葡萄糖、果糖、蔗糖、甘露醇和麦芽糖发酵产气,上述碳源均适配其发酵代谢,发酵性能良好。菌株MC-T10、QC-P3、QC-T5、QC-Y1对葡萄糖和果糖利用能力较好;菌株TC-P2、TC-T10能利用葡萄糖、果糖和蔗糖;菌株MC-P13、MC-P5、QC-T14、QC-P1、YC-T1对蔗糖、甘露醇和麦芽糖利用能力较强。综上,所有菌株均具有利用不同碳源的起酵能力。

表3 酵母菌株产气能力
Table3 Gas production performance of yeast strains

MC-P16+--++MC-T10++--+MC-T14-+-++QC-P1+++++QC-P7+-+--QC-T18+++++TC-T3--+++TC-T7-+---YC-P2---++YC-T4-+-++YC-T7+---+菌株编号葡萄糖果糖蔗糖甘露醇麦芽糖MC-P13+-+++MC-P4---++MC-P5--+++QC-P15-+-++QC-P3+++--QC-P9++++-QC-T1+++++QC-T12+++++QC-T14+-+++QC-T15-+--+QC-T17+++++QC-T5++-+-QC-T7+--++QC-Y1++-++TC-P2+++-+TC-T10++++-TC-Y1++--+TC-Y2+++++YC-T1+-+++YC-T12+++++YC-T9-++-+

注:-.杜氏小管中无气体;+.杜氏小管中充满气体。

2.4 菌株分子生物学鉴定

2.4.1 PCR产物琼脂糖凝胶电泳结果

由图2可知,所有菌株的特异性片段长度约为600 bp, 扩增结果符合实际测序要求,将其送交至生工生物工程(上海)股份有限公司测序。

图2 部分菌株26S rDNA区域扩增产物琼脂糖凝胶电泳图
Fig.2 Agarose gel electrophoretogram of amplified 26S rDNA fragments of partial strains

2.4.2 酵母菌序列比对及鉴定

由表4可知,MC-P13为微黄汉纳酵母(Hannaella luteola),MC-P16、QC-T15、YC-P2、QC-P1、YC-T1为大线黑粉酵母(Filobasidium magnum),MC-P4、QC-T14、YC-T9为乌兹别克斯坦长西氏酵母(Naganishia uzbekistanensis),MC-P5、MC-T14、QC-Y1、 TC-Y1、YC-T7、QC-T17、TC-T10、YC-T4为马克斯克鲁维酵母,MC-T10、QC-T12、TC-Y2、QC-P3、 QC-T1、TC-T3、TC-T7为库德里阿兹威氏毕赤酵母(Pichia kudriavzevii),QC-P15为阿德利长西氏酵母(Naganishia globosa),QC-P7、QC-T7为卡恩斯维希尼克氏酵母(Vishniacozyma carnescens),QC-T5、QC-P9为维多利亚维希尼克氏酵母(Vishniacozyma tephrensis),QC-T18为克拉托奇维洛娃红酵母(Rhodotorula kratochvilovae),TC-P2为南极长西氏酵母(Naganishia diffluens),YC-T12为热带假丝酵母(Candida tropicalis),按照产区分类,伊犁河谷检出4个菌属,天山北麓检出6个菌属,吐哈盆地检出3个菌属,焉耆盆地检出8个菌属。

表4 酵母菌测序对比
Table4 Sequence alignment results of yeast strains

盖度/%所属菌种(Hannaella luteola)MC-P16、QC-T15、(Naganishia uzbekistanensis)QC-Y1、TC-Y1、YC-T7、99马克斯克鲁维酵母QC-T17、TC-T10、YC-T4 TC-Y2、QC-P3、QC-T1、98库德里阿兹威氏毕赤酵母(Naganishia globosa)(Vishniacozyma carnescens)(Vishniacozyma tephrensis)(Rhodotorula kratochvilovae)(Naganishia diffluens)YC-T1299热带假丝酵母菌株编号查询序列覆MC-P1399微黄汉纳酵母YC-P2、QC-P1、YC-T199大线黑粉酵母(Filobasidium magnum)MC-P4、QC-T14、YC-T999乌兹别克斯坦长西氏酵母MC-P5、MC-T14、(Kluyveromyces marxianus)MC-T10、QC-T12、TC-T3、TC-T7(Pichia kudriavzevii)QC-P1598阿德利长西氏酵母QC-P7、QC-T799卡恩斯维希尼克氏酵母QC-T5、QC-P999维多利亚维希尼克氏酵母QC-T1899克拉托奇维洛娃红酵母TC-P298南极长西氏酵母(Candida tropicalis)

基于所有菌株的26S rRNA基因序列构建系统发育树(图3)。亲缘关系越近的菌株被分在同一支主干上,如乌兹别克斯坦长西氏酵母MC-P4和YC-T9。反之相距越远,亲缘关系越远。

图3 基于26S rRNA基因序列的32株酵母菌株系统发育树
Fig.3 Phylogenetic tree of 32 yeast strains based on 26S rRNA gene sequences

2.5 菌株产乙醇能力

TTC培养基上菌落颜色由白变红,颜色越深,说明其产乙醇能力越强[17]。由图4可知,在TTC培养基呈现红色的酵母菌株共计30株,具有较强产乙醇能力的菌株分别为大线黑粉菌QC-P1、QC-T15、YC-P2、YC-T1、MC-P16, 马克斯克鲁维酵母MC-T14、QC-Y1、TC-T10、TC-Y1、YC-T4、YC-T7、MC-P5,阿德利长西氏酵母QC-P15,南极长西氏酵母TC-P2,库德里阿兹威氏毕赤酵母TC-T7、TC-Y2、MC-T10、QC-P3,克拉托奇维洛娃红酵母 QC-T18,乌兹别克斯坦长西氏酵母YC-T9、MC-P4,热带假丝酵母YC-T12,微黄汉纳酵母MC-P13,卡恩斯维希尼克氏酵母QC-P7。维多利亚维希尼克氏酵母QC-P9, 库德里阿兹威毕赤酵母QC-T1、QC-T12、TC-T3,卡恩斯维希尼克氏酵母QC-T7,乌兹别克斯坦长西氏酵母QC-T14在TTC培养基上呈现粉色,说明其产乙醇能力较弱。马克斯克鲁维酵母QC-T17和维多利亚维希尼克氏酵母QC-T5在TTC培养基上呈现无色,初步判断这 2株酵母菌株产乙醇能力最弱或不产乙醇。

图4 32株酵母菌在TTC培养基上的显色情况
Fig.4 Chromogenic conditions of 32 yeast strains on TTC medium

2.6 菌株产酯能力

酯类是葡萄酒关键香气物质。产酯鉴别培养基可用于产酯酵母筛选,该培养基以菌落呈深黄色作为菌株产酯能力的判定依据[18]。由图5可知,在产酯鉴别培养基上呈现黄色的菌株共有10株。QC-T1、QC-P3、QC-T12、QC-T18、TC-Y1、QC-T17、QC-T5呈现深黄色,说明对应菌株具有较强的产酯能力;MC-P13、YC-T12、QC-Y1均呈现浅黄色,说明其具有产酯能力,但相对较弱。

图5 10株酵母菌在产酯培养基上的显色情况
Fig.5 Chromogenic conditions of 10 yeast strains on ester-producing medium

2.7 菌株产酸能力

酸度调控、微生物生长和代谢、杂菌抑制及风味物质生成等多因素协同作用,保障葡萄酒酿造过程稳定和最终产品质量[19]。产酸培养基属于功能性筛选培养基,菌落周边蓝色培养基的黄色转化现象直接反映产酸能力。由图6可知,产酸培养基呈现黄色的菌株共计4株。QC-T5和QC-T17均呈现深黄色,说明其具有较强的产酸能力,QC-T18和QC-T12呈现浅黄色,说明其具有产酸能力,但相对较弱。

图6 4株酵母菌在产酸培养基上的显色情况
Fig.6 Chromogenic conditions of 4 yeast strains on acid-producing medium

3 讨 论

新疆作为中国核心葡萄酒产区,其干旱少雨、强紫外线辐射和高昼夜温差等独特气候地理条件塑造了其特有的风土特征和丰富微生物资源。本研究针对天山北麓、伊犁河谷、吐哈盆地及焉耆盆地4大产区的赤霞珠微环境进行酵母菌分离对比,结果显示焉耆盆地酵母菌分离数量明显高于其他产区,这可能得益于其光照充足、土壤偏碱性及邻近博斯腾湖形成的稳定小气候。同时,土壤环境中的酵母菌多样性及丰度均远超葡萄果实和叶片,这归因于新疆强紫外线和干旱气候抑制地表微生物生长,而土壤提供稳定的温湿度、养分及紫外线防护屏障,成为天然微生物菌库[10,20-21]。这一发现凸显了地域气候对微生物群落结构的决定性影响。因此,优化葡萄园土壤管理,如增强透气性和保水性,可有效促进酵母菌富集,为筛选优良菌株、强化产区风土特色及提升葡萄酒品质奠定科学基础。

非酿酒酵母在葡萄酒发酵中的应用研究已成为提升风味多样性与品质调控的关键方向[22]。非酿酒酵母在自然发酵早期点据主导地位,其动态变化具有阶段性特征:初期以菌体增殖为主,后期转向乙醇发酵,并伴随产生多种酶(如糖苷酶、酯酶)及风味物质[23]。多数非酿酒酵母通过Ehrlich途径高效分解氨基酸,显著提升异戊醇、苯乙醇等高级醇含量,并促进乙酸酯类合成,增强果香复杂度;同时增加甘油产量以提升口感圆润度[24]。德尔布有孢圆酵母、季也蒙有孢汉逊酵母、耐热克鲁维酵母分别与酿酒酵母混合发酵小芒森葡萄酒,显著提升酒体的花果香气[25]。因此,为提升葡萄酒品质,对筛选本土非酿酒酵母菌、建立优良种质资源数据库、开发共发酵策略体系的实际需求不断上升。未来研究需深入解析优良菌株的特征代谢产物、核心代谢通路(如甘油合成、酯酶调控)及其功能基因,结合多组学阐明菌群互作机制并建立精准发酵控制技术,以实现葡萄酒风味的定向设计与品质提升。本研究筛选的潜力菌株及初步代谢特性分析,正为此奠定了重要的科学基础。

4 结 论

本研究通过对新疆葡萄酒4个主产区(伊犁河谷、天山北麓、吐哈盆地、焉耆盆地)赤霞珠酿酒葡萄的葡萄果实、土壤及叶片进行进行酵母菌分离、纯化与鉴定,共获得32株酵母菌,结合分子生物学鉴定与生理生化分析,共计11个菌属,包括微黄汉纳酵母(Hannaella luteola)、大线黑粉酵母(Filobasidium magnum)、乌兹别克斯坦长西氏酵母(Naganishia uzbekistanensis)、马克斯克鲁维酵母(Kluyveromyces marxianus)、库德里阿兹威氏毕赤酵母(Pichia kudriavzevii)、阿德利长西氏酵母(Naganishia globosa)、卡恩斯维希尼克氏酵母(Vishniacozyma carnescens)、维多利亚维希尼克氏酵母(Vishniacozyma tephrensis)、克拉托奇维洛娃红酵母(Rhodotorula kratochvilovae)、南极长西氏酵母(Naganishia diffluens)和热带假丝酵母(Candida tropicalis)。所有菌株均具有利用不同碳源进行发酵的能力,其中菌株QC-P1、QC-T12、QC-T17、YC-T12能利用葡萄糖、果糖、蔗糖、甘露醇和麦芽糖产生良好的发酵产气效果。TTC产醇鉴别培养基、溴甲酚紫产酯鉴别培养基和溴甲酚绿产酸鉴别培养基显色结果显示,30株在TTC培养基中呈现深红色,初步判断具有一定的产乙醇能力,而马克斯克鲁维酵母QC-T17和维多利亚维希尼克氏酵母QC-T5在TTC上呈现无色;库德里阿兹威氏毕赤酵母QC-T1等10株酵母在产酯培养基上呈现明显黄色,表明具有一定的产酯能力;维多利亚维希尼克氏酵母QC-T5、马克斯克鲁维酵母QC-T17等4株酵母在产酸培养基上呈黄色,表明具有一定的产酸能力。未来可通过分子分型技术筛选功能菌株、分子互作技术解析微生物与风味的关联机制,为强化产区酒质独特性和产业竞争力提供优良酵母菌株种质资源。

参考文献:

[1] 刘彬, 陈娟. 可视化分析我国赤霞珠葡萄研究现状与发展趋势[J].中国果树, 2025(4): 135-141. DOI:10.16626/j.cnki.issn1000-8047.2025.04.021.

[2] 武运, 田歌, 陈新军, 等. 新疆葡萄酒产业发展趋势新视角探析[J].中国酿造, 2018, 37(10): 195-199. DOI:10.11882/j.issn.0254-5071.2018.10.039.

[3] 李玲. 贺兰山东麓酿酒葡萄根系和根际土壤丛枝菌根真菌多样性及其与土壤因子相关性研究[D]. 银川: 宁夏大学, 2022.DOI:10.27257/d.cnki.gnxhc.2022.000335.

[4] 张乐, 崔金娜, 刘伟, 等. 酿酒酵母耐受机制研究进展[J]. 食品科学,2024, 45(3): 317-325. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20230207-068.

[5] 王双慧, 马世源, 李子健, 等. 酿酒酵母对浓香型白酒发酵过程中微生物群落演替的影响机制[J]. 食品科学, 2024, 45(7): 103-110.DOI:10.7506/spkx1002-6630-20230803-024.

[6] 王文文, 范蕊, 卢彬, 等. 非酿酒酵母对葡萄酒香气影响的研究进展[J]. 食品研究与开发, 2025, 46(14): 213-218. DOI:10.12161/j.issn.1005-6521.2025.14.027.

[7] Gao Pingping, Peng Shuai, Sam F E, et al. Indigenous non-Saccharomyces yeasts with β-glucosidase activity in sequential fermentation with Saccharomyces cerevisiae: a strategy to improve the volatile composition and sensory characteristics of wines[J]. Frontiers in Microbiology, 2022, 13: 845837. DOI:10.3389/fmicb.2022.845837.

[8] 侯安祺, 王文华, 马玉淇, 等. 新疆本土红枣酒非酿酒酵母的筛选及产香特性的研究[J]. 中国酿造, 2026, 45(2): 152-159. DOI:10.11882/j.issn.0254-5071.2026.02.021.

[9] 陆洋洋, 张熠莹, 兰义宾, 等. 山东蓬莱产区4种酿酒葡萄自然发酵中酵母菌的多样性[J]. 食品科学, 2025, 46(12): 127-136.DOI:10.7506/spkx1002-6630-20241028-188.

[10] 魏玉洁, 邹弯, 马文瑞, 等. 应用高通量测序技术研究新疆产区葡萄果实、叶片及果园土壤微生物多样性[J]. 食品科学, 2018, 39(6):162-170. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201806026.

[11] 唐睿, 吴涛, 王贵芳, 等. 慕萨莱思发酵过程中真菌菌群多样性分析及优良酿酒酵母的筛选与鉴定[J]. 中国酿造, 2025, 44(4): 120-126.DOI:10.11882/j.issn.0254-5071.2025.04.017.

[12] 魏玉洁, 邹弯, 王威, 等. 新疆地产葡萄酒优良酿酒酵母菌的筛选[J].酿酒科技, 2016(5): 42-47. DOI:10.13746/j.njkj.2015442.

[13] 张二豪, 何萍, 刘盼盼, 等. 西藏沙棘酵母菌的分离鉴定及其产香特性分析[J]. 食品科学, 2022, 43(20): 207-215. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20211219-216.

[14] 刘薇, 栾春光, 王德良, 等. 高产酯酵母的筛选、鉴定及其发酵特性研究[J]. 食品与发酵工业, 2021, 47(23): 311-318. DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.029783.

[15] 马文瑞, 魏玉洁, 邹弯, 等. 新疆葡萄酒高产酸酿酒酵母菌的筛选和发酵条件优化[J]. 食品与发酵工业, 2017, 43(7): 134-140. DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.014187.

[16] 马海军, 康文怀. 水肥一体化对葡萄和葡萄酒品质影响的研究进展[J]. 现代农业科技, 2024(24): 37-40. DOI:10.3969/j.issn.1007-5739.2024.24.010.

[17] 黄远航, 张秋月, 熊智, 等. 酸木瓜果酒用非酿酒酵母筛选、鉴定及发酵特性研究[J]. 中国酿造, 2026, 45(1): 196-203. DOI:10.11882/j.issn.0254-5071.2026.01.026.

[18] 赵海霞, 王晓蕾, 张琇. 贺兰山东麓鲜食葡萄优良本土酿酒酵母的筛选和发酵特性研究[J]. 中国酿造, 2025, 44(1): 73-79. DOI:10.11882/j.issn.0254-5071.2025.01.011.

[19] Chidi B S, Bauer F F, Rossouw D. Organic acid metabolism and the impact of fermentation practices on wine acidity: a review[J]. South African Journal of Enology and Viticulture, 2018, 39(2): 1-15. DOI:10.21548/39-2-3172.

[20] 杨敏, 殷绒, 张国涛, 等. 基于高通量测序技术的香格里拉葡萄酒产区根际微生物多样性研究[J]. 云南农业大学学报(自然科学), 2020,35(3): 392-400. DOI:10.12101/j.issn.1004-390X(n).201909012.

[21] Giffard B, Winter S, Guidoni S, et al. Vineyard management and its impacts on soil biodiversity, functions, and ecosystem services[J].Frontiers in Ecology and Evolution, 2022, 10: 850272. DOI:10.3389/fevo.2022.850272.

[22] Morata A, Escott C, Bañuelos M A, et al. Contribution of non-Saccharomyces yeasts to wine freshness. A review[J]. Biomolecules,2020, 10(1): 34. DOI:10.3390/biom10010034.

[23] 张晴雯, 邓杰, 杨易坤, 等. 非酿酒酵母对葡萄酒风味影响的研究进展[J]. 中国酿造, 2024, 43(3): 13-20. DOI:10.11882/j.issn.0254-5071.2024.03.003.

[24] Castrillo D, Blanco P. Characterization of indigenous non-Saccharomyces yeast strains with potential use in winemaking[J].Frontiers in Bioscience, 2023, 15(1): 1. DOI:10.31083/j.fbe1501001.

[25] Zhang Boqin, Tang Chong, Yang Dongqing, et al. Effects of three indigenous non-Saccharomyces yeasts and their pairwise combinations in co-fermentation with Saccharomyces cerevisiae on volatile compounds of Petit Manseng wines[J]. Food Chemistry, 2022, 368:130807. DOI:10.1016/j.foodchem.2021.130807.

Screening and Fermentation Characteristics Analysis of Non-Saccharomyces Yeasts from Major Wine-Producing Regions in Xinjiang

CHEN Wenxuan, ZHENG Tiancong, Amannisa·MAMUTI, Jianaer·MUHEDAERJIANG, Guliqimanhan·AISANNIYAZI, MA Wenrui*

(College of Food Science and Pharmacy, Xinjiang Agricultural University, Ürümqi 830052, China)

Abstract: Yeast strains were isolated, purified and screened from Cabernet Sauvignon fruits, soil and leaves collected from four major wine-producing regions in Xinjiang. Morphological observation, fermentation characteristic analysis and molecular biological identification were carried out on isolated strains. Strains were inoculated and cultured on 2,3,5-triphenyltetrazolium chloride ethanol-producing differential medium, bromocresol purple ester-producing differential medium and bromocresol green acid-producing differential medium, respectively. Qualitative analysis of ethanol-, ester- and acid-producing capacities of strains was performed according to color reactions. The results showed that a total of 32 strains with typical yeast cell morphological characteristics were obtained, which were molecularly identified as 11 genera of non-Saccharomyces yeasts, including Hannaella luteola, Filobasidium magnum, Naganishia uzbekistanensis, Kluyveromyces marxianus, Pichia kudriavzevii, Naganishia globosa, Vishniacozyma carnescens,Vishniacozyma tephrensis, Rhodotorula kratochvilovae, Naganishia diffluens and Candida tropicalis. Analysis of fermentation characteristics indicated that all strains possessed fermentation initiation capacity by utilizing various carbon sources. Culture medium coloration results revealed that 30 yeast strains exhibited ethanol-producing capacity, 10 strains showed ester-producing capacity, and 4 strains had acid-producing capacity. The 32 non-Saccharomyces yeasts obtained in this study possessed certain fermentation potential, which can provide excellent yeast germplasm resources for further excavation of functional strains.

Keywords: major wine-producing regions in Xinjiang; Cabernet Sauvignon grape; non-Saccharomyces yeasts; fermentation characteristics

收稿日期:2026-02-11

基金项目: 新疆维吾尔自治区天池英才引进计划青年博士项目(2225ZZQRCXM);新疆维吾尔自治区葡萄酒产业创新研究院项目(2025650005000450);新疆维吾尔自治区重点研发计划项目(2023B02027-1)

第一作者简介: 陈文瑄(2004—)(ORCID: 0009-0001-2613-6286),女,学士,研究方向为食品微生物。E-mail: c18263830617@qq.com

*通信作者简介 马文瑞(1991—)(ORCID: 0000-0001-9434-4354),女,讲师,博士,研究方向为发酵工程。E-mail: xjaumawenrui@163.com

DOI: 10.11882/j.issn.0254-5071.2026.07.017

中图分类号:TS261.1;TS262.6

文献标志码:A

文章编号:0254-5071(2026)07-0141-08

引文格式:
陈文瑄, 郑天聪, 阿曼妮萨·马木提, 等. 新疆葡萄酒主产区非酿酒酵母菌的筛选及其发酵特性分析[J]. 中国酿造, 2026,45(7): 141-148. DOI:10.11882/j.issn.0254-5071.2026.07.017. http://www.chinabrewing.net.cn
CHEN Wenxuan, ZHENG Tiancong, Amannisa·MAMUTI, et al. Screening and fermentation characteristics analysis of non-Saccharomyces yeasts from major wine-producing regions in Xinjiang[J]. China Brewing, 2026, 45(7): 141-148. (in Chinese with English abstract) DOI:10.11882/j.issn.0254-5071.2026.07.017. http://www.chinabrewing.net.cn